水射流技术的研究进展和展望

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文章编号:1003 0794(2001)11 0004 03

水射流技术的研究进展和展望

杨清文

(解放军炮兵学院,安徽合肥230031)

摘要:介绍了脉冲射流、空化射流和磨料射流产生和发展,分析了国内外研究和应用现状,展望了水射流技术的发展,对进一步研究水射流技术具有一定的指导意义。

关键词:脉冲射流;空化射流;磨料射流;应用

中图号:TD421 5+9

1 引言

随着水力采矿技术的推广,人们开始对水射流技术产生了浓厚的兴趣,同时也认识到:提高水压,可显著地提高水射流的落矿效果,于是人们开始研制高压水射流发生装置(高压泵和增压器)。到了70年代,高压柱塞泵和增压器的制造技术已基本成熟,大批高压柱塞泵和增压器的问世,大大地促进了高压水射流技术的研究和发展,现在国际上已能生产450MPa的三柱塞泵和1100MPa的增压器,与此同时,高压水射流技术领域出现了令人鼓舞的新动向,器中,太空、深海和原子能工厂等是微电子机械发挥作用的地方。

(3)常规机械无法到达的狭窄空间和通道内。复杂工厂的安全检查和显微损伤外科。

(4)由于微型机械电子生产成本极其昂贵。微机械电子研究以降低成本,达到工业化大规模生产的目的。

(5)微制动器和微连接件用于组装微小机械和软性机械,适用于小型工业机器人和家用电器。7 结语

微电子机械是多学科交叉的物化,又服务于多学科,有广阔的应用前景,诸如细胞操作、精细外科手术、分布式战场传感网络、遗传基因工程、袖珍式通讯和计算设备等。因此,充分详细地了解微型机械系统的研究方向和发展状况,可以更快更好地促进微型机械的发展。可以预测,未来的21世纪微型机械电子系统的蓬勃发展必将产生新的信息革命高潮。

文献标识码:B

即从单一提高水射流的射流压力上转向研究提高水射流的总体冲击效果(如冲蚀量、射流打击能量等),从而相继出现了脉冲射流、空化射流和磨料射流等新型射流。

2 脉冲射流

脉冲射流与普通的连续水射流相比,脉冲水射流在靶物表面产生的冲击力大大超过了一般连续射流的滞止压力,从而非常显著地减小了切割比能。

(1)阻断式脉冲水射流

该种脉冲射流是用一种射流间断器将连续射流

参考文献:

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作者简介:龚晓燕,女,1966年生,西安科技学院机械系讲师,西安交通大学机械学院在职博士生,参与完成省部级科研项目4项,发表论文7篇。主要研究方向:现代设计方法和先进制造技术的推广应用。

收稿日期:2001 08 17

Researchtrendsofmicroelectromechanicalsystem

GONGXiao_yan

(Xi anUniversityofScienceandTechnology,Xi an710054,China)

Abstract:TheconceptandtheintensionofMEMSareexpounded,andtheresearchdirectionanddevelopmenttrendofMEMSareparticularlyanalyzedinthepaper.Thebasisisprovidedforthoroughstudythisdomaintaskinthefuture.

Keywords:MEMS(MicroElectroMechanicalSystem);micro_nanometertechnology;micro_structure;micromechanical

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2001年第11期 煤 矿 机 械 5 隔断成一连串不连续的射流段。D Summers1975年提出了一种机械间断脉冲射流,后来,I.A.Lichtarowicz和G.Nwachukwu,F.Erdman.Jesniter等人做过类似的研究与试验。机械间断器是一个周边带孔、槽或链状导孔的旋转圆盘,周期性地切断射流。1983年M.Muzurkiewicz提出用激光束将连续射流部分蒸发、汽化,形成一段段水柱,从而将连续射流切断成脉冲射流。

(2)激励式脉冲射流

该种脉冲射流是利用流体力学和瞬变流理论,通过调整连续射流的内部结构,使射流流量发生周期性变化而产生的脉冲射流。1972年首届国际射流切割技术会议上,E.B.Wylie利用弹性管线系统使喷嘴出口处产生振荡射流。随后Danel和Guiuoud提出了一种压电发射式脉冲射流。Nebeker和Rodriguez设计了一种周期调制流量的脉冲射流。Chahine和Conn利用自振喷嘴装置产生脉冲射流,Sami和Anderson利用受激亥姆霍兹振荡器产生自激振荡脉冲射流等。

(3)挤压冲击式脉冲射流。

这种射流是利用电能、火药爆炸能、特殊化合物爆燃能和气体压缩能等作为动力源,通过一定装置在极短时间内将能量传输给工作介质而获得的脉冲射流。Cooley和Edney分别制成了自由柱塞冲击水炮,在此基础上,原苏联、美国、英国等国家的学者们相继提出了结构更为先进,压力更高的各种水炮。3 空化射流

一般认为水在高速流动中某处的局部绝对压力降到当地温度下的饱和蒸汽压时,溶在水中的空气会释出,形成许多空泡,空泡溃灭将引起巨大的水力冲击。空化射流就是用空泡溃灭引起的极大冲击力来加强其清洗和破碎能力。

自从Rayleigh对于液体中单个空泡水动力学性能完成了创造性的研究后,人们对空化现象有了全面认识。在70年代初Knapp、Raily等人对空泡的产生、发展、溃灭机理作了大量深入研究,形成了比较完整的空化理论,几乎与此同时,R.E.Kohl等人将空化作用引入到高压水射流技术领域,创造了新型空化射流。E.Johnson等人采用中心体喷嘴或转叶型喷嘴做试验,对空化产生原因作了分析。随着研究的进一步深入,人们发现在淹没状态下空化射流可得到更佳的冲蚀效果;E F Jesnitzer和A.M.Hassan等F.Conn和V E Johnson研究了各种动力参数对淹没射流的影响。日本学者Kalsuga、Yanacde报告了淹没条件下简单角形喷嘴的试验等。大大丰富了淹没条件下空化射流理论,但由于淹没射流存在靶距范围小等缺陷,严重限制它的进一步应用。Vijay和Vicker等人创立了人工淹没射流,他们利用同轴重叠喷嘴结构,使内喷嘴高压水与外喷嘴低压环形水束的界面之间构成强烈剪切现象,来显示有效的冲蚀性能和靶距扩大范围。目前空化射流理论及应用研究异常活跃,已发展到深水下淹没切割、清洗参数优化等如Yoshiaki,YOAMAUCHI等人关于淹没条件下空化切割和钻削的合适区域的研究。4 磨料射流

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